【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高频天线技术，尤其一种智能反射天线阵列系统及其波束成形方法。
技术介绍
1、继第五代移动通信(5g)商用部署后，第六代移动通信(6g)处于发展热潮以赋能未来智能数字化社会。6g在5g基础上，从对人通信服务进一步拓展到支撑智能高效互联。由于低频段资源限制，需要往更高频段进行挖掘，但高频段传播衰落更快，所需能量供给更高。故新一代移动通信系统中复杂硬件结构、高功率消耗、密集网络分布等问题是当前技术需解决的当务之急。其中，智能反射面以其低成本、低能耗、可编程、易部署等特点，为通信系统升级提供了良好的辅助，是支撑6g不可或缺的核心技术。
2、一般意义上的智能反射面(reconfigurable intelligent surface，ris)辅助通信系统由若干可控可重构反射单元组成，每个可重构反射单元均可单独设置调节相位，由系统的核心电控模块控制，通过不同反射相位组成实现对入射波的波束成形。通过调整反射波，以低复杂度低能耗实现盲区信号覆盖增强、物理层面干扰无线监听者、边缘用户抵抗双基站的双信号干扰、支持物联网中的携能通信等等，进而辅助现有系统提升通信质量水平。
3、在智能反射面辅助通信系统，其核心部件是反射阵列，借由阵列设计以实现高效精细的波束成形控制。目前各实验室集中研究多比特相控，使用参数可调元器件以达到多相位甚至连续相位，提升波束成形精确度，但是此方法需要对可调元器件有精确的电压流，导致反射阵列低频偏置供电电路复杂而脆弱；同时目前现存智能反射面辅助通信系统均为堆叠高反射效率高带宽，采用多层昂贵超
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种智能反射天线阵列系统及波束成形方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、本专利技术中所述一种智能反射天线阵列系统，包括：外部环境蓝牙导入模块、核心电控模块和反射阵列；所述外部环境蓝牙导入模块与核心电控模块通信连接，所述核心电控模块与反射阵列电性连接；所述反射阵列由多个阵列布置的子阵构成，每一子阵内并排设置若干可重构反射单元。
3、外部环境蓝牙导入模块接收智能反射面所在通信系统的周围外部环境信息，监测通信系统中各通信设备之间的通信信道信息，将其中的有效信息通过无线蓝牙传递至核心电控模块，进而与当前通信系统的其余通信设备进行交互。
4、核心电控模块包括三十二个电磁控制输出线束，每个电磁控制输出线束由六根细铜线组成，整体分为上输出线束和下输出线束，输出线束通过细铜线与反射阵列阵列相连实现电气控制连接。
5、每一所述可重构反射单元包括一矩形的主谐振贴片、一次级谐振贴片以及两高频扼流扇形；
6、所述次级谐振贴片设置在主谐振贴片的一侧，通过高频pin二极管电性连接；在同一子阵内的各次级谐振贴片共线连接于一边缘静态偏置地控制线贴片；各次级谐振贴片分别在对应的静态偏置控制线是设置一所述高频扼流扇形；在同一子阵内的各主谐振贴片分别独立连接于一边缘静态偏置正极控制线贴片，且连接线独立设置另一所述高频扼流扇形。
7、反射阵列由一百六十个单元组成，子阵分列两排对称设置，每排并列设置十六子阵，每个子阵通过一个电磁控制输出线束与核心电控模块电气控制连接。
8、所述子阵包括五个可重构反射单元，其纵向排列，静态偏置控制线引至边缘处，并在边缘处扩展为矩形贴片，与核心电控模块电磁控制输出线束电气连接。
9、所述智能反射阵列天线包括依次水平叠放的表层金属反射贴片层、支撑辐射介质、底层共地基板。在支撑辐射介质和共地基板的相应位置开设有定位孔。
10、本专利技术中所述波束成形方法，采用所述智能反射天线阵列系统进行以下步骤：
11、s1、在反射阵列的平面中设置原点，并以原点为基准建立x轴和y轴；
12、s2、根据反射阵列尺寸，结合所建立的坐标轴，获取各子阵中每个可重构反射单元对应坐标描述；
13、s3、将反射阵列的反射面放置于当前通信场景中，计算出理想波束入射角度与波束赋形后的理想波束反射角度
14、s4、分别输入理想波束入射角度和理想波束反射角度在核心电控模块设置可重构反射单元对应的坐标描述，通过迭代计算得到每个可重构反射单元的最佳反射相位设置；
15、s5、通过电磁控制输出线束，将核心电控模块计算得到的最佳反射相位设置映射到反射阵列上。
16、反射阵列第n个可重构反射单元相位公式
17、核心电控模块计算得到入射时各可重构反射单元对应相位描述以及反射时对应的相位描述控制可重构反射单元的相位差工作在
18、本专利技术中所述一种智能反射天线阵列系统及其波束成形方法，其优点在于：
19、1)反射阵列具有高能量传输效率、低损耗、强方向性，能以精确角度与大能量补给满足通信系统中盲区信号区域的通信质量增强，为盲区用户提供稳定通信。
20、2)反射阵列使用单层介质板支撑结构，无过孔走线，将静态偏置控制线在天线阵列表层引至边缘，使整体天线单元阵列更加紧凑同时降低天线制作工艺难度。
21、3)反射阵列材料普通可靠、结构稳定坚固，其在通信系统部署难度低，环境抵抗能力强，可有效降低新一代移动通信系统建设中日益增加的网络复杂度、硬件成本。
22、4)波束成形方法配合核心电控模块计算，与传统的复杂赋形不同，可通过迭代计算达到理想状态的三维波束成形。
23、5)反射阵列可实现远场波束成形，可将远场入射电磁波进行重组反射，控制电磁波反射后远场的波束角度，实现长距离盲区覆盖。
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1.一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，包括：外部环境蓝牙导入模块(60)、核心电控模块和反射阵列；所述外部环境蓝牙导入模块(60)与核心电控模块通信连接，所述核心电控模块与反射阵列电性连接；所述反射阵列由多个阵列布置的子阵构成，每一子阵内并排设置若干可重构反射单元。
2.根据权利要求1所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，外部环境蓝牙导入模块接收智能反射面所在通信系统的周围外部环境信息，监测通信系统中各通信设备之间的通信信道信息，由蓝牙反馈至核心电控模块。
3.根据权利要求1所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，核心电控模块包括三十二个电磁控制输出线束，每个电磁控制输出线束由六根细铜线组成，整体分为上输出线束和下输出线束，输出线束通过细铜线与反射阵列阵列相连实现电气控制连接。
4.根据权利要求3所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，每一所述可重构反射单元包括一矩形的主谐振贴片(5)、一次级谐振贴片(4)以及两高频扼流扇形(3)；
5.根据权利要求4所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，反射阵列由一百六十个单元组成
6.根据权利要求5所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，反射阵列中的每一个子阵包括五个可重构反射单元，其纵向排列，静态偏置控制线引至边缘处，并在边缘处扩展为矩形贴片，与核心电控模块电磁控制输出线束电气连接。
7.根据权利要求4所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，所述子阵包括依次水平叠放的表层金属反射贴片层(7)、支撑辐射介质(8)、底层共地基板(9)。
8.波束成形方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一所述智能反射天线阵列系统进行以下步骤：
9.根据权利要求8所述波束成形方法，其特征在于，反射阵列第n个可重构反射单元相位公式
10.根据权利要求8所述波束成形方法，其特征在于，核心电控模块计算得到入射时各可重构反射单元对应相位描述以及反射时对应的相位描述控制可重构反射单元的相位差工作在
...【技术特征摘要】
1.一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，包括：外部环境蓝牙导入模块(60)、核心电控模块和反射阵列；所述外部环境蓝牙导入模块(60)与核心电控模块通信连接，所述核心电控模块与反射阵列电性连接；所述反射阵列由多个阵列布置的子阵构成，每一子阵内并排设置若干可重构反射单元。
2.根据权利要求1所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，外部环境蓝牙导入模块接收智能反射面所在通信系统的周围外部环境信息，监测通信系统中各通信设备之间的通信信道信息，由蓝牙反馈至核心电控模块。
3.根据权利要求1所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，核心电控模块包括三十二个电磁控制输出线束，每个电磁控制输出线束由六根细铜线组成，整体分为上输出线束和下输出线束，输出线束通过细铜线与反射阵列阵列相连实现电气控制连接。
4.根据权利要求3所述一种智能反射天线阵列系统，其特征在于，每一所述可重构反射单元包括一矩形的主谐振贴片(5)、一次级谐振贴片(4)以及两高频扼流扇形(3)；
5.根据权利要求4所述一种智...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐杰，冯永安，马若炎，李帅君，徐泷芊盈，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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